التمييع

📅 آخر تحديث: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
رسم تخطيطي لمفاعل ذي طبقة مميعة

التمييع (أو التميع ) عملية مشابهة لعملية التسييل، حيث تتحول المادة الحبيبية من حالة صلبة ساكنة إلى حالة سائلة ديناميكية. تحدث هذه العملية عند تمرير سائل ( سائل أو غاز ) عبر المادة الحبيبية.

عند إدخال تيار غازي عبر قاع طبقة من الجسيمات الصلبة، فإنه يتحرك صعودًا عبر الطبقة مستغلًا الفراغات بين الجسيمات. عند سرعات غاز منخفضة، يكون الاحتكاك الديناميكي الهوائي على كل جسيم منخفضًا أيضًا، وبالتالي تبقى الطبقة ثابتة. مع زيادة السرعة، تبدأ قوى الاحتكاك الديناميكي الهوائي بمقاومة قوى الجاذبية، مما يؤدي إلى تمدد حجم الطبقة مع ابتعاد الجسيمات عن بعضها. عند زيادة السرعة أكثر، تصل إلى قيمة حرجة تتساوى عندها قوى الاحتكاك الصاعدة تمامًا مع قوى الجاذبية الهابطة، مما يؤدي إلى تعليق الجسيمات داخل السائل. عند هذه القيمة الحرجة، تُسمى الطبقة بالميوعة وتُظهر سلوكًا مائعًا. مع زيادة سرعة الغاز أكثر، تستمر الكثافة الكلية للطبقة في الانخفاض، وتزداد تمييعها حتى لا تعود الجسيمات تُشكل طبقة، بل "تُحمل" صعودًا بواسطة تيار الغاز.

عند تسييل طبقة من الجسيمات الصلبة، فإنها تتصرف كسائل، مثل السائل أو الغاز. وكما هو الحال مع الماء في دلو : تتكيف الطبقة مع حجم الحجرة، ويبقى سطحها عموديًا على الجاذبية ؛ وتطفو الأجسام ذات الكثافة الأقل من كثافة الطبقة على سطحها، وتتحرك صعودًا وهبوطًا عند دفعها للأسفل، بينما تغوص الأجسام ذات الكثافة الأعلى إلى قاع الطبقة. يسمح هذا السلوك المائع بنقل الجسيمات كسائل، عبر قنوات في الأنابيب ، دون الحاجة إلى نقل ميكانيكي (مثل السيور الناقلة ).

من الأمثلة البسيطة الشائعة في الحياة اليومية على استخدام طبقة مميعة من الغاز والمواد الصلبة، آلة صنع الفشار بالهواء الساخن . تُعلق حبات الفشار ، المتجانسة تقريبًا في الحجم والشكل، في الهواء الساخن المتصاعد من الحجرة السفلية. وبفضل الاختلاط الشديد بين الجزيئات، كما هو الحال في السائل المغلي، تتساوى درجة حرارة الحبوب في جميع أنحاء الحجرة، مما يقلل من كمية الفشار المحترق. بعد بدء عملية التفرقع، تواجه حبات الفشار الأكبر حجمًا مقاومة هوائية متزايدة تدفعها خارج الحجرة إلى وعاء.

وتُعد هذه العملية أساسية أيضاً في تكوين بركان رملي وهياكل هروب السوائل في الرواسب والصخور الرسوبية .

التطبيقات

تستخدم معظم تطبيقات التمييع واحدة أو أكثر من ثلاث خصائص مهمة للأسرة المميعة:

  1. يمكن نقل المواد الصلبة المميعة بسهولة بين المفاعلات.
  2. إن الخلط الشديد داخل طبقة مميعة يعني أن درجة حرارتها موحدة.
  3. يوجد انتقال حراري ممتاز بين طبقة مميعة ومبادلات حرارية مغمورة في الطبقة.

في عشرينيات القرن العشرين، تم تطوير عملية وينكلر لتغويز الفحم في طبقة مميعة باستخدام الأكسجين. لم تكن ناجحة تجارياً.

كان أول تطبيق تجاري واسع النطاق، في أوائل أربعينيات القرن العشرين، عملية التكسير التحفيزي المائع (FCC) ، [ 1 ] التي حوّلت مشتقات البترول الثقيلة إلى بنزين . تتراكم رواسب " الكوك " الغنية بالكربون على جزيئات المحفز ، مما يؤدي إلى تعطيله في أقل من ثانية واحدة . تُنقل جزيئات المحفز المميعة بين مفاعل الطبقة المميعة وموقد الطبقة المميعة حيث تُحرق رواسب الكوك، مولدةً حرارةً لتفاعل التكسير الماص للحرارة .

بحلول الخمسينيات من القرن العشرين، تم تطبيق تقنية الطبقة المميعة على العمليات المعدنية والتعدينية مثل التجفيف والتكليس وتحميص الكبريتيد .

في ستينيات القرن الماضي، ساهمت العديد من عمليات الطبقة المميعة في خفض تكلفة بعض المونومرات المهمة بشكل كبير . ومن الأمثلة على ذلك عملية سوهيو لإنتاج الأكريلونيتريل [ 2 ] وعملية الأكسدة الكلورية لإنتاج كلوريد الفينيل [ 3 ] . تتميز هذه التفاعلات الكيميائية بأنها طاردة للحرارة بشدة، وتضمن عملية التمييع درجة حرارة موحدة، مما يقلل من التفاعلات الجانبية غير المرغوب فيها، ونقلًا فعالًا للحرارة إلى أنابيب التبريد، مما يضمن إنتاجية عالية.

في أواخر سبعينيات القرن الماضي، ساهمت عملية المائع المميع في تصنيع البولي إيثيلين في خفض تكلفة هذا البوليمر المهم بشكل كبير ، مما جعل استخدامه اقتصاديًا في العديد من التطبيقات الجديدة. [ 4 ] يولّد تفاعل البلمرة حرارة، ويمنع الخلط المكثف المصاحب لعملية المائع تكوّن بقع ساخنة قد تنصهر عندها جزيئات البولي إيثيلين. وتُستخدم عملية مماثلة لتصنيع البولي بروبيلين .

تعتمد معظم العمليات التي يجري تطويرها حاليًا لإنتاج أنابيب الكربون النانوية صناعيًا على تقنية المفاعل ذي الطبقة المميعة. [ 5 ] وتستخدم شركة أركيما ​​هذه التقنية لإنتاج 400 طن سنويًا من أنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران. [ 6 ] [ 7 ]

يُعدّ الاحتراق الحلقي الكيميائي أحد التطبيقات المحتملة الجديدة لتقنية التمييع ، وهو لم يُطرح تجاريًا بعد. [ 8 ] يتمثل أحد الحلول للحد من التأثير المحتمل لثاني أكسيد الكربون الناتج عن احتراق الوقود (كما في محطات توليد الطاقة ) على ظاهرة الاحتباس الحراري في احتجاز ثاني أكسيد الكربون . ينتج عن الاحتراق العادي بالهواء غاز يتكون معظمه من النيتروجين (حيث يُشكّل النيتروجين المكون الرئيسي للهواء بنسبة 80% تقريبًا من حجمه)، مما يحول دون احتجازه اقتصاديًا. يستخدم الاحتراق الحلقي الكيميائي أكسيدًا معدنيًا كناقل صلب للأكسجين . تحل جزيئات هذا الأكسيد المعدني محل الهواء (وتحديدًا الأكسجين الموجود فيه) في تفاعل احتراق مع وقود صلب أو سائل أو غازي في طبقة مميعة، مما ينتج جزيئات معدنية صلبة من اختزال الأكاسيد المعدنية ومزيجًا من ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء ، وهما المنتجان الرئيسيان لأي تفاعل احتراق. يتكثف بخار الماء ، تاركًا ثاني أكسيد الكربون النقي الذي يمكن احتجازه. تُنقل جزيئات المعدن الصلبة إلى طبقة مميعة أخرى حيث تتفاعل مع الهواء (وتحديدًا مع الأكسجين الموجود فيه)، مما يُنتج حرارة ويؤكسد جزيئات المعدن إلى جزيئات أكسيد معدني تُعاد إلى غرفة الاحتراق ذات الطبقة المميعة. وتُستخدم عملية مماثلة لإنتاج أنهيدريد الماليك من خلال الأكسدة الجزئية للبيوتان العادي، حيث تعمل الجزيئات المتداولة كعامل مساعد وناقل للأكسجين؛ كما يُضخ الأكسجين النقي مباشرةً إلى الطبقة. [ 9 ]

يُنتج ما يقارب 50% من السيليكون المستخدم في الخلايا الشمسية في طبقات مميعة. [ 8 ] على سبيل المثال، يُفاعل السيليكون المعدني أولاً مع غاز السيلان . ثم يُكسر غاز السيلان حرارياً في طبقة مميعة من جزيئات السيليكون الأولية، ويترسب السيليكون على هذه الجزيئات. تفاعل التكسير ماص للحرارة، وتُوفر الحرارة عبر جدار الطبقة، المصنوع عادةً من الجرافيت (لتجنب تلوث السيليكون الناتج بالمعادن). يمكن التحكم في حجم جزيئات الطبقة باستخدام نفاثات الاحتكاك. غالباً ما يُخلط السيلان مسبقاً مع الهيدروجين لتقليل خطر انفجار السيلان المتسرب في الهواء (انظر السيلان ).

تُستخدم تقنية التمييع السائل-الصلب في العديد من التطبيقات الهندسية [ 10 ] [ 11 ]. ومن أشهر تطبيقاتها غسل المرشحات الحبيبية بالماء. [ 12 ] [ 13 ]

تُستخدم تقنية التمييع على نطاق واسع في تنقية ومعالجة العديد من السوائل الصناعية، وذلك باستخدام جزيئات التبادل الأيوني . وتعتمد صناعاتٌ مثل الأغذية والمشروبات، والمعالجة المائية للمعادن، وتليين المياه، والحفز، والصناعات الكيميائية الحيوية، وغيرها، على التبادل الأيوني كخطوة أساسية في عملياتها. تقليديًا، يُستخدم التبادل الأيوني في طبقة معبأة، حيث يمر سائل مُصفّى مسبقًا إلى أسفل عبر عمود. وقد أُجريت أبحاثٌ مكثفة في جامعة ويسترن أونتاريو في لندن، أونتاريو، كندا، حول استخدام نظام التبادل الأيوني المُميّع المستمر، والذي يُطلق عليه اسم "طبقة التمييع الدوارة السائلة الصلبة" (LSCFB)، والذي يُعرف مؤخرًا باسم "التبادل الأيوني المُميّع الدوار" (CFIX). يتميز هذا النظام بتطبيقات واسعة النطاق، مما يُوسّع نطاق استخدام أنظمة التبادل الأيوني التقليدية، نظرًا لقدرته على معالجة تيارات التغذية التي تحتوي على كميات كبيرة من المواد الصلبة العالقة بفضل استخدام تقنية التمييع. [ 14 ] [ 15 ]

مراجع

  1. ↑ بيترز، آلان دبليو؛ فلانك، ويليام إتش؛ ديفيس، بيرترون إتش (31 ديسمبر 2008). "تاريخ تكسير البترول في القرن العشرين". ابتكارات في الكيمياء الصناعية والهندسية . واشنطن العاصمة: الجمعية الكيميائية الأمريكية. ص 103-187 . doi : 10.1021/bk-2009-1000.ch005 . ISBN  978-0-8412-6963-7ISSN 0097-6156​​ 
  2. ↑ "عملية أكريلونيتريل سوهيو - الجمعية الكيميائية الأمريكية" . الجمعية الكيميائية الأمريكية . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2017-09-06 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2018-01-13 .
  3. ↑ مارشال، كينريك أ. (18-04-2003)، "الكلوروكربونات والكلوروهيدروكربونات، دراسة استقصائية"، موسوعة كيرك-أوتمير للتكنولوجيا الكيميائية ، وايلي، doi : 10.1002/0471238961.1921182218050504.a01.pub2 ، ISBN 978-0-471-48494-3
  4. ↑ نولين، توماس إي. (2014). أعمال وتكنولوجيا صناعة البولي إيثيلين العالمية: نظرة معمقة على تاريخ وتكنولوجيا ومحفزات وتصنيع البولي إيثيلين ومنتجاته تجاريًا حديثًا . سالم، ماساتشوستس، هوبوكين، نيو جيرسي: دار سكريڤنر للنشر، جون وايلي وأولاده. ISBN 978-1-118-94603-9.
  5. ↑ بادور، كارول إي؛ برينز، سيدريك (12 أغسطس/آب 2005). "تخليق أنابيب الكربون النانوية: مراجعة". المجلة الدولية لهندسة المفاعلات الكيميائية . 3 (1). والتر دي جرويتر جي إم بي إتش. doi : 10.2202/1542-6580.1279 . ISSN 1542-6580 . S2CID 95508695 .  
  6. ↑ أركيما. "Graphistrength.com - تصنيع Graphistrength®" . www.graphistrength.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 23 أبريل 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 يناير 2018 .
  7. ↑ بادور، كارول إي؛ بريينز، سيدريك إل؛ بوردير، سيرج؛ أنجليرو، ديدييه؛ غايارد، باتريس (2009). "طحن أنابيب الكربون النانوية بنفث المائع باستخدام تكوين فوهة/هدف". تكنولوجيا المساحيق . 190 (3). إلسيفير بي في: 372-384 . doi : 10.1016/j.powtec.2008.08.016 . ISSN 0032-5910 . 
  8. 1 2 تشيو، جيا وي؛ لامارش، دبليو. كيسي كيو؛ كوكو، راي أ. (2022). "100 عام من توسيع نطاق مفاعلات الطبقة المميعة ومفاعلات الطبقة المميعة المتداولة". تكنولوجيا المساحيق . 409 117813. إلسيفير بي في. doi : 10.1016/j.powtec.2022.117813 . ISSN 0032-5910 . S2CID 251426476 .  
  9. ↑ شكاري، علي؛ بيشينس، غريغوري س.؛ بوكراث، ريتشارد إي. (31 مارس 2010). "تأثير تصميم فوهة التغذية على إنتاجية البيوتان العادي إلى أنهيدريد الماليك: من المختبر إلى التطبيق التجاري". الحفز التطبيقي أ: عام . 376 ( 1-2 ). إلسيفير بي في: 83-90 . رمز Bibcode : 2010AppCA.376...83S . doi : 10.1016/j.apcata.2009.11.033 . ISSN 0926-860X . 
  10. ↑ إبستين، نورمان (2003). "تمييع السوائل والمواد الصلبة" (ملف PDF) . في: يانغ، دبليو سي (محرر). دليل التمييع وأنظمة الجسيمات السائلة . الصناعات الكيميائية. مطبعة سي آر سي. الصفحات 705-764 . ISBN  978-0-203-91274-4.
  11. ↑ فير، جوردون م.؛ هاتش، لورانوس ب.؛ هدسون، هربرت إي. (1933). "العوامل الأساسية التي تحكم التدفق الانسيابي للماء عبر الرمال [مع مناقشة]". مجلة (الجمعية الأمريكية لأعمال المياه) . 25 (11). الجمعية الأمريكية لأعمال المياه: 1551-1565 . doi : 10.1002/j.1551-8833.1933.tb18342.x . ISSN 1551-8833 . JSTOR 41225921 .  
  12. ^ هونس، سيلدا يجيت. سويير، إليف؛ أكجيراي، عمر (2018). “حول توسيع الغسيل العكسي لوسائط الترشيح المتدرجة”. تكنولوجيا المسحوق . 333 . إلسفير بي في: 262-268 . دوى : 10.1016/j.powtec.2018.04.032 . ISSN 0032-5910 . S2CID 104007408 .  
  13. ↑ يغيت هونسي، سيلدا؛ سوير، إليف؛ أكغيراي، عمر (27-07-2016). "توصيف المواد الحبيبية ذات المسام الداخلية للحسابات الهيدروليكية التي تتضمن طبقات ثابتة ومميعة". مجلة البحوث الكيميائية والهندسية الصناعية . 55 (31). الجمعية الكيميائية الأمريكية (ACS): 8636-8651 . doi : 10.1021/acs.iecr.6b00953 . ISSN 0888-5885 . 
  14. ↑ برينس، أندرو؛ باسي، أمارجيت س؛ هاس، كريستين؛ تشو، جيسي إكس؛ داو، جينيفر (2012). "استخلاص بروتين الصويا في عملية خالية من المذيبات باستخدام مبادل أيوني ذي طبقة مميعة متداولة سائلة-صلبة مستمرة". التقدم في التكنولوجيا الحيوية . 28 (1): 157-162 . doi : 10.1002/btpr.725 . PMID 22002948. S2CID 205534874 .  
  15. ↑ مازومدر؛ تشو، راي (أبريل 2010). "التصميم الأمثل لطبقة مميعة دائرية سائلة صلبة لاستخلاص البروتين بشكل مستمر". تكنولوجيا المساحيق . 199 (1): 32-47 . doi : 10.1016/j.powtec.2009.07.009 .